js异步梳理：1.从浏览器的多进程到JS的单线程，理解JS运行机制

时间：2021-10-28 01:01:57

大家很早就知道JS是一门单线程的语言。但是也时不时的会看到进程这个词。首先简单区分下线程和进程的概念

1. 简单理解进程

- 进程是一个工厂，工厂有它的独立资源

- 工厂之间相互独立

- 线程是工厂中的工人，多个工人协作完成任务

- 工厂内有一个或多个工人

- 工人之间共享空间

2. 简单理解线程

- 工厂的资源 -> 系统分配的内存（独立的一块内存）

- 工厂之间的相互独立 -> 进程之间相互独立

- 多个工人协作完成任务 -> 多个线程在进程中协作完成任务

- 工厂内有一个或多个工人 -> 一个进程由一个或多个线程组成

- 工人之间共享空间 -> 同一进程下的各个线程之间共享程序的内存空间（包括代码段、数据集、堆等）

3. 浏览器是多进程的

上面的1.1和1.2可能还是有些抽象。接下来用与前端息息相关的浏览器为例展开。

当你打开浏览器开了好几个网页的时候，打开浏览器的任务管理器(比如谷歌浏览器-> 更多工具 -> 任务管理器)

这里就是查看进程的地方，而且可以看到每个进程的cpu占用率和内存资源信息。

简单用比较官方的术语总结下：

  • 进程是cpu资源分配的最小单位（是能拥有资源和独立运行的最小单位）
  • 线程是cpu调度的最小单位（线程是建立在进程的基础上的一次程序运行单位，一个进程中可以有多个线程）
  • 不同进程之间也可以通信。（比如网页是一个进程，qq是一个进程，在网页上使用快捷方式qq登录。网页怎么会知道你当前有没有登录qq的？这之间就涉及到了不同进程之间的通信）
  • 一般讨论的单线程和多线程，都只是指在一个进程内的单和多。

4 浏览器是如何渲染进程的？与JS的单线程有什么联系？

在浏览器中打开一个网页相当于新起了一个进程,每个进程内又会有自己的多线程(当然，浏览器有自身的优化机制，当你开了很多空的标签页的时候，可能会发现多个空白标签页被合并成了一个进程)。比如页面的渲染，JS的执行，事件的循环，都会在这个进程内进行。（以下用比较官方的术语列举一些主要常驻线程）

扩散思考1：浏览器为什么要弄成多进程的？

优点：

  • 避免单个标签页崩溃影响整个浏览器
  • 避免第三方插件崩溃影响整个浏览器
  • 多进程充分利用多核优势
  • 方便使用沙盒模型隔离插件等进程，提高浏览器稳定性

缺点：

  • 会占用更多的内存

4.1. GUI渲染线程

  • 负责渲染浏览器界面，解析HTML，CSS，构建DOM树和RenderObject树，布局和绘制等。
  • 当界面需要重绘（Repaint）或由于某种操作引发回流（reflow）时，该线程就会执行（扩展阅读：页面重绘和回流以及优化）
  • 注意：GUI渲染线程和JS引擎线程是互斥的，当JS引擎执行时GUI线程会被挂起（想当与被冻结了），GUI更新会被保存在一个队列中等到JS引擎空闲时立即被执行 
<!DOCTYPE html>

<html lang="en">

<head>

	<meta charset="UTF-8">

	<title>Document</title>

	<style>

		.a {

			width: 100px;

			height: 100px;

			background: #f60;

		}

	</style>

	<script>

			console.time('js执行')

			for(var i = 0; i < 1000000000; i++) {

			}

			console.timeEnd('js执行')

	</script>

</head>

<body>

	<div class="a">a</div>

</body>

</html>

从这个例子中可以看到JS页面明显有一段空白期，也就证明了上面所说的当JS引擎执行时GUI线程会被挂起。

扩展思考：你可能以前听说并且一直是这么做的，JS调用不放在中，要放到网页底部前面来优化你的网站。但是修改这个例子可能会发现无论你是将这段script包含的代码放到head里还是body里，或者是另外新建一个文件引入，都要等到js加载并且执行才会在页面里渲染出a。尤其是jquery时代大家统一会将代码写在$(document).ready中,那样的话JS不管在顶部引入还是在底部引入，这样看起来它们的执行时机对页面的影响是一样的，那JS调用放在顶部和底部真的会有差别吗？

推荐阅读：网站为什么 JS 调用尽量放到网页底部？

4.2. JS引擎线程

  • 也称为JS内核，负责处理Javascript脚本程序。（例如V8引擎）。
  • JS引擎线程负责解析Javascript脚本，运行代码
  • JS引擎椅子和等待着任务队列中任务的到来，然后加以处理，一个标签页中无论什么时候都只有一个JS线程在运行JS程序
  • 同样注意，GUI渲染线程和JS引擎线程是互斥的，所以如果JS执行的时间过长，这样就会造成页面的渲染不连贯，导致页面渲染加载阻塞。

4.3. 事件触发线程

  • 归属于浏览器而不是JS引擎，用来控制事件循环
  • 当JS引擎执行代码块如setTimeOut时（也可来自浏览器内核的其它线程，如鼠标点击、Ajax异步请求等），会将对应任务添加到事件线程中
  • 当对应的事件符合触发条件被出发时，该线程会把事件添加到待处理队列的末尾，等待JS引擎的处理
  • 注意，由于JS的单线程的关系，所以这些处理队列中的事件都得排队等待JS引擎处理(当JS引擎空闲时才会去执行)

4.4 定时触发器线程

  • setInterval 与 setTimeout所在的线程
  • 浏览器定时计数器并不是由JavasScript引擎计数的。(因为JavaScript引擎是单线程的，如果处于阻塞线程状态就会影响计时的准确)
  • 因此通过单独线程来计时并触发定时（计时完毕后，添加到事件队列中，等待JS引擎空闲后执行）
  • 注意，W3C在HTML表中中规定，规定要求setTimeout低于4ms的时间间隔算为4ms。

4.5 异步http请求线程

  • 在XMLHttpRequest在连接后是通过浏览器新开一个线程请求
  • 将检测到状态变更时，如果设置有回调函数，异步线程就产生状态变更事件，将这个回调再放入事件队列中。再由JavaScript引擎执行。

看了上面的描述后，思考两个问题。

a. 平时前端写的事件，定时器，异步我们都会把它称为JS。那为什么这里把JS引擎线程单独拿出来讲？我们平时说的JS和这里的JS引擎有什么区别？

JS引擎包含两个部分

内存堆(Memory Heap)： 和内存分配有关。(比如基本类型值存栈内存里，引用类型值存堆内存里)

调用栈(Call Stack): 代码执行时候的栈帧 (你可能看到过一些执行栈，执行上下文堆栈，函数调用栈这样的词，其实没必要太过咬文嚼字。简单理解就是每当一个函数被调用的时候，都会为这个函数创建一个新的上下文。而在一个javascript程序中，必定会有多个执行上下文。javascript以栈(先进后出，后进先出)的方式来处理它们。而调用栈就像一个高速摄影机，会把当前运行的代码的每一帧都给记录下来。)

推荐阅读：js基础梳理-究竟什么是执行上下文栈（执行栈），执行上下文(可执行代码）？

而日常开发中真实的JS运行环境可能包含更多的内容，比如DOM操作(onload, onclick...), Ajax, setTimeout等等。这些是宿主环境(浏览器)提供的Web API。而WebAPI本身是不能把执行代码放到调用栈中执行的，每个Web Api在执行完成以后会把回调放到事件队列中。而Event Loop(事件轮询机制)就是检查执行栈和任务队列，如果执行栈已经为空了，就会将事件队列中的第一个回调函数放到栈中执行。

事件轮询机制代码演示

b. 单从前端开发来讲，除了上面说的dom操作，定时器，ajax。还有哪些你觉得是异步操作的？

promise, Generator, async

Vue.nextTick的原理和用途

为什么setState是异步的

看一段代码：

<!DOCTYPE html>

<html lang="en">

<head>

	<meta charset="UTF-8">

	<title>Document</title>

</head>

<body>

	<script>

		setTimeout(function() {

		    console.log(1);

		})

		new Promise(function(resolve) {

		    console.log(2);

		    for(var i = 0; i < 1000; i++) {

		        i == 99 && resolve();

		    }

		    console.log(3);

		}).then(function() {

		    console.log(4);

		})

		console.log(5);

	</script>

</body>

</html>

打印顺序是 2 3 5 4 1。这里的promise它的执行顺序又是怎么定的

这里扯出来另一个概念，宏任务和微任务。前面事件轮询机制（Event-Loop）中说到任务队列，一些Web Api 产生的回调函数在条件达到的时候会被加到任务队列中。而任务队列又分为宏任务(macro-task)和微任务(micro-task)。最新的标准中，它们分别被称为task 和jobs。

  • 常见的macro-task大概包括：script(整体代码), setTimeout,setInterval，setImmediate, I/O, UI rendering

  • 常见的micro-task大概包括：process.nextTick, Promise, MutationObserver(html5新特性)

  • setTimeout/promise这些我们都称之为任务源，而进入任务队列的是它们指定的具体执行任务。比如setTimeout的第一个参数回调函数才是进入任务队列的任务。

  • 不同任务源的任务会进入到不同的任务队列，其中，setTimeout和setInterval是同源的

  • 事件循环的顺序，决定了Javascript代码的执行顺序。它从script(整体代码)开始第一次循环。然后全局上下文进入函数调用栈。直到调用栈清空（只剩全局），然后执行所有的微任务。当所有可执行的微任务执行完毕之后。循环再去从宏任务去找看看还有没有其它的宏任务队列，如果有的话就开始第二轮。

上面这段代码的执行顺序就是：

  1. 事件循环从宏任务队列开始，宏任务队列中只有一个script(整体代码)任务。全局上下文入栈
  2. script宏任务执行时，首先遇到了 setTimeout, 就会在宏任务中添加一个setTimout队列。
  3. script执行时遇到Promise实例。Promise构造函数的第一个参数，是在new的时候执行，不会进入到任何其它的队列。而是直接在当前任务直接执行了。所以先打印2
  4. 再往下for循环也不会进入其它队列，所以继续打印2
  5. 接下来到then了。promise的 .then 会被分发到 微任务的 Promise队列中去
  6. script继续往下执行。打印5。到此，全局任务就执行完了。
  7. 第一个宏任务script执行完了之后，就开始执行所有的可执行的微任务。这时候，微任务中，只有一个promise队列的任务console.log(4)。就打印了4
  8. 当所有的微任务执行完了之后，表示第一轮的循环就结束了。这时候继续第二轮的循环。第二轮的循环依然从宏任务开始，它就找到了 setTimout队列中还要一个 console.log(1) 的任务要执行。所以就打印了1。这时候发现宏任务队列和微任务队列中都没有任务了，所以代码就不会再输出其它东西了。

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